Em um refrigerador a amônia circula com uma vazão de
. Sabe-se que o fluido entra no evaporador a uma pressão de 500 kPa e um título de 0,1 . O ciclo possui um grau de superaquecimento de
e após uma compressão, cujo o rendimento isentrópico é
, o fluido apresenta uma pressão de descarga de
.
g) Caso o sistema funcionasse em um ciclo de bomba de calor, determine o novo COP.
g) Caso o sistema funcionasse em um ciclo de bomba de calor, determine o novo COP.
Passo 1
Beleza, vamos lá! Você me passou um exercício sobre um ciclo de refrigeração usando amônia e agora quer saber o novo COP (Coeficiente de Performance) se esse sistema funcionasse como uma bomba de calor. Vamos precisar entender conceitos de termodinâmica, como ciclos de refrigeração e bombas de calor, eficiência isentrópica, e usar algumas equações básicas para calcular o COP. Vamos resolver isso passo a passo!
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é COP. O COP é uma medida de eficiência para sistemas de refrigeração e bombas de calor. Para uma bomba de calor, o COP é definido como a razão entre o calor fornecido na saída ($ Q_{out}
W $):
Passo 3
No ciclo de refrigeração original, temos as seguintes informações:
- Vazão de massa ($ \dot{m} $): 0,8 kg/s
- Pressão de entrada no evaporador ($ P_{evap} $): 500 kPa
- Qualidade ($ x $): 0,1 (significa que 10% do fluido está na fase vapor)
- Grau de superaquecimento ($ T_{super} $): 10°C
- Pressão de descarga após compressão ($ P_{comp} $): 1,2 MPa
- Eficiência isentrópica ($ \eta_{isend} $): 72%
Vamos precisar dos estados termodinâmicos do ciclo para calcular o COP.
Passo 4
Vamos identificar os principais pontos do ciclo:
- Entrada no evaporador (Estado 1): Pressão de 500 kPa, qualidade de 0,1.
- Saída do evaporador / Entrada do compressor (Estado 2): Após o processo de evaporação, com superaquecimento de 10°C.
- Saída do compressor (Estado 3): Pressão de 1,2 MPa, considerando a eficiência isentrópica.
- Saída do condensador (Estado 4): Após condensação, onde o fluido retorna ao estado de líquido saturado.
Passo 5
Para encontrar as propriedades termodinâmicas em cada estado, precisamos usar tabelas de propriedades da amônia ou diagramas $ P-h $. Como não temos acesso às tabelas aqui, vamos descrever os passos gerais:
- Estado 1: Encontrar entalpia ($ h_1 $) usando a qualidade $ x = 0,1 $ na pressão de 500 kPa.
- Estado 2: Adicionar o superaquecimento de 10°C para encontrar $ h_2 $.
- Estado 3: Usar a eficiência isentrópica para calcular a entalpia após a compressão ($ h_3 $).
- Estado 4: Encontrar $ h_4 $ na pressão de 1,2 MPa, assumindo condensação a líquido saturado.
Passo 6
Com as entalpias conhecidas, podemos calcular o trabalho do compressor ($ W
Q_{out} $):
Passo 7
Agora, para a bomba de calor, o COP é:
Substituindo as expressões de $ Q_{out} $ e $ W $:
Passo 8
Após calcular os valores de $ h_2 $, $ h_3 $ e $ h_4 $ a partir das tabelas da amônia e inserir na equação acima, você obterá o valor do $ COP $ para a bomba de calor.
Resposta
O novo COP da bomba de calor é determinado pela relação $ COP_{bomba} = \frac{h_3 - h_4}{h_3 - h_2} $, onde $ h_2 $, $ h_3 $ e $ h_4 $ são as entalpias nos estados 2, 3 e 4 do ciclo. Após realizar os cálculos com os valores específicos, você obterá o valor numérico do COP da bomba de calor.